Warstwa łącza danych

Plan prezentacji



Rozległe i lokalne sieci
komputerowe



Funkcje warstwy łącza danych



Formatowanie ramek



Detekcja błędów



Błędy ramkowania



Protokoły warstwy łącza danych

Sieci rozległe i lokalne



Rozległe sieci komputerowe (Wide Area

Network) – zbiory autonomicznych

komputerów i urządzeń końcowych

połączonych podsiecią komunikacyjną.



Najważniejsze standardy w sieciach

dotyczą:



mediów komunikacyjnych (łącza, modemy,

kodeki, itd.),



styków sprzętowych (interfejsów fizycznych),



protokołów warstwy łącza danych,



architektur sieciowych.

Sieci rozległe i lokalne - różnice



opóźnienia propagacyjne:



większe w sieciach rozległych,



prędkość transmisji:



niższe w sieciach rozległych,



częstość występowania błędów,



większa w sieciach rozległych,



niezawodność,



mniejsza w sieciach rozległych,



etapowość transmisji,



wieloetapowość w sieciach rozległych,



koszty transmisji:



zmienne i zależne od wolumenu wiadomości w sieciach rozległych,



tryb transmisji:



punkt – punkt w sieciach rozległych; rozgłoszenie w lokalnych

Warstwa łącza danych
(Data Link Layer)



zbiór mechanizmów pozwalających na

niezawodną transmisję pakietów w

kanale transmisyjnym:



ramkowanie (Framing):



ustalenie początku i końca pakietu,



detekcja błędów (Error Detection):



ustalenie kiedy pakiet zawiera błąd,



naprawa (korekcja) błędów (Error Recovery)



naprawa w warstwie łącza danych,



naprawa w warstwach wyższych

Ramkowanie

0101000111000111010100001111101001001010100

- gdzie są dane?

- trzy podejścia do zadania:

- transmisja zorientowana znakowo (character oriented framing),

- zliczanie bitów (kontrola długości) – stała długość ramki,

- protokoły zorientowane bitowo (bit oriented protocols)

Transmisja zorientowana
znakowo

SYN SYN STX NAGŁÓWEK PAKIET ETX CRC SYN SYN

synchronizacja

synchronizacja

Start of TeXt

End of TeXt

Cyclic Redundancy Check

ramka

- standardy kodów (ASCII, EBCDIC) zawierają specjalne znaki dla potrzeb
komunikacji (nie mogą występować jako dane),

- rozpoczęcie i zakończenie transmisji bazuje na znakach kodu,

- długość ramki jest wielokrotnością długości znaku,

- transmisja zależy od kodu,

- problemy z transmisją danych binarnych

Zliczanie bitów

- jedno z pól nagłówka jest wykorzystywane do zapisania długości ramki
(w bajtach lub bitach),

- odbiornik zlicza bity aż do końca ramki po to, aby zidentyfikować
początek kolejnej ramki,
- odbiornik odczytuje odpowiednie pole nagłówka kolejnego pakietu
w celu znalezienia długości pakietu,

- długość pola nagłówka do zapisywania długości ramki zależy od długości
ramki,

-
- ograniczona długość nagłówka (długość pola nagłówka vs. długość
pakietu,

- problemy:

- trudności z ochroną przed błędami,

- niezbędna jest resynchronizacja po tym, jak wystąpi błąd w zliczaniu
bitów





1

log

max

2



l

Jednostki danych o stałej
długości

- np. komórki ATM (Asynchronous Transfer Mode):

- każda komórka ma stałą długość – 53 bajty,

- problemy z transmisją:

- długości pakietów (np. IP over ATM) nie są wielokrotnością długości
komórek (konieczność uzupełniania końcówek pakietów),

- synchronizacja,

- złożone zadania segmentacji (segmentation) i składania pakietów
(re-assembly) przy dużych szybkościach transmisji.

Protokoły zorientowane bitowo
(flagi)

- flaga – unikalny ciąg bitów do wskazywania początku i końca ramki (pakietu, itd.),

- jedna flaga może być używana do oznaczenia zarówno początku, jak i końca
jednostki danych,

- jako flaga może być użyty dowolny ciąg bitów, ale taki który nie wystąpi w ciągu
danych,

- standardowe protokoły wykorzystują:

- jako flagę ciąg binarny: 01111110,

- ciąg „jedynek binarnych” wykorzystywany jest dla oznaczenia stanu jałowego,

- przykłady użycia - protokoły:

- SDLC (Synchronous Data Link Control),

- HDLC (High Data level Link Control procedure),

Wtrącanie i wytrącanie bitów

- przykładowy ciąg danych binarnych (oryginalna wiadomość):

111111100010110100011111111111110000011010101000111110

- „0” jest w nadajniku „wtrącane” (stuffing) po każdych pięciu kolejnych „1”:

0 0 0 0
111111100010110100011111111111110000011010101000111110

- potrzeba „wtrącania” „0” po wystąpieniu ciągu: 0111110:

0111110111 - bez „wtrącania” 0111110111

011111111

- po „wtrąceniu”

0111110111

Wtrącanie i wytrącanie bitów

- reguła w odbiorniku:

- jeżeli „0” poprzedzone jest ciągiem „011111”, to „0” jest usuwane,

- jeżeli „0” jest poprzedzone ciągiem „0111111”, to jest to ostatni bit flagi,

optymalna długość flagi:

- jeżeli pakiety są długie, to lepsze są długie flagi (zmniejszana liczba
niezbędnych „wtrąceń”),

- jeżeli pakiety są krótkie, to krótkie flagi redukują nadmiarowość
wprowadzaną przez konieczne (do transmisji) flagi,

-optymalna długość flagi:

)

_

(

log

2

pakietu

dlugosc

f

opt



Błędy ramkowania -
podsumowanie



wszystkie techniki ramkowania są wrażliwe na błędy:



błąd w polu długości pakietu (w nagłówku) może doprowadzić

do zakończenia zliczania w złym miejscu, co z kolei powoduje

błędy w identyfikacji pola długości kolejnego pakietu,



błędy w znakach STX, ETX, itd. powoduje podobne – jak wyżej –

konsekwencje,



błąd we fladze, lub „wykreowanie” flagi przez wystąpienie błędu

może powodować stratę ramki, lub pojawienie się nowej,



najmniej wrażliwą na błędy jest transmisja zorientowana

bitowo:



wcześniej, czy później pojawi się flaga kończąca kolejny pakiet,



wystąpienie błędu powoduje - w najgorszym przypadku -

powstanie błędnego pakietu,



błędny pakiet jest eliminowany przez odpowiednią, użytą

technikę detekcji błędów,